發(fā)展量子計算有什么用？ 生物公司教授：疫苗研發(fā)幾天內完成

據國外媒體報道，新型冠狀病毒疫情正在證明，人類必須在某種病毒成為疫情之前更快地識別病毒并減小其影響。因為在當今全球，病毒的傳播比以往任何時候都更快、更遠和更頻繁。生物技術企業(yè)家沙克爾（Noor Shaker）教授認為，一旦量子計算取得突破，那么新疫苗或藥物的研發(fā)在幾天內就可以完成。

如果說新型冠狀病毒教會了人類什么，那就是，盡管自1918年西班牙流感爆發(fā)以來，人類識別和治療流行病的能力已大大提高，但仍有很大的改進空間。在過去的幾十年里，人類在提高快速檢測能力方面取得了巨大的進步。僅僅用了12天的時間就用新技術繪制出了新型冠狀病毒的外部“突刺”蛋白。而在上世紀80年代，對艾滋病病毒（HIV）進行類似的結構分析花了四年時間。

生物技術企業(yè)家沙克爾（Noor Shaker）教授強調了目前藥物研發(fā)過程中的一個主要問題：高度依賴于經驗。分子制造出來后需要進行測試，而不能預先準確地預測它的效果。測試過程本身是漫長、乏味、繁瑣的，而且可能無法預測未來的并發(fā)癥，只有當分子大規(guī)模部署時才能得出結論，這大幅降低了藥物研發(fā)領域的成本與效益比。雖然人工智能/機器學習工具已經開發(fā)和部署優(yōu)化了某些流程，但它們在流程中的關鍵任務上的效率是有限的。

理想情況下，減少時間和成本的一個好方法是將人類當前進行的昂貴且時間效率低下的研發(fā)和測試過程轉移到計算機模擬環(huán)境下。今天人類已經可以獲得分子的數據庫。如果人類有無限的計算能力，就可以簡單地掃描這些數據庫并計算每個分子是否可以用于新型冠狀病毒的治療或疫苗。我們只需將這些分子輸入到模擬環(huán)境中，然后在化學空間中進行篩選，以找到問題的解決方案。

如果堅持用傳統(tǒng)計算機，那人類永遠無法實現(xiàn)這個目標。為什么量子計算機在模擬分子方面比傳統(tǒng)計算機好得多？

電子以一種強烈相關的方式在分子中擴散，每個電子的特性在很大程度上依賴于其相鄰電子的特性。這些量子關聯(lián)（或糾纏）是量子理論的核心，使得用經典計算機模擬電子非常棘手。

新型冠狀病毒的“外突”蛋白包含成千上萬個原子，因此傳統(tǒng)計算機完全難以應付。蛋白質的大小使它們難以用經典的模擬方法精確地模擬出來，即使在當今最強大的超級計算機上也是如此。雖然化學家和制藥公司使用超級計算機來模擬分子(盡管沒有蛋白質那么大)，但他們現(xiàn)在使用的是非常粗糙的分子模型，這些模型無法捕捉完整模擬的細節(jié)，從而導致估計上存在巨大誤差。

可能需要幾十年的時間，才能制造出能夠模擬蛋白質大小的分子的足夠大的量子計算機。但當這樣的計算機出現(xiàn)時，它將意味著制藥和化學工業(yè)運作方式的徹底變革。

幾十年后，有了合適的技術，人類可以把整個過程轉移到計算機模擬中，讓人類以驚人的速度得到結果。等到一種新的流行病的出現(xiàn)，科學家們可以在幾天內識別并開發(fā)出一種潛在的疫苗或藥物。

要實現(xiàn)所有這些夢想，需要對量子計算作為一種技術的發(fā)展進行持續(xù)的投資。正如高希尼教授(Shohini Ghose)在2018年的Ted演講中所講的那樣：“燈泡的出現(xiàn)不是因為蠟燭的制造技術越來越好。燈泡是一種基于更深入的科學理解的不同技術。今天的計算機是現(xiàn)代技術的奇跡，并將隨著人類的進步而不斷改進。然而，再強大的傳統(tǒng)計算機也無法解決藥物研發(fā)中遇到的問題。它需要更適合這項任務的新技術——量子計算。”